韋 浩 俞 匯 李 琪 易文林

（上海市水文總站，上海 200232）

1 背 景

蘇州河為上海市黃浦江重要支流，在外灘外白渡橋匯入黃浦江，東西向橫穿浦西河網(wǎng)，貫穿上海市中心。近年來(lái)，在1909 號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”、2020 年梅雨期特大暴雨、2106 號(hào)臺(tái)風(fēng)“煙花”等水情期間，蘇州河水位連續(xù)突破歷史紀(jì)錄，極大威脅上海市中心城區(qū)防汛安全。為分析蘇州河水位屢創(chuàng)新高的原因，利用水文模型耦合水動(dòng)力模型模擬反演2212 號(hào)臺(tái)風(fēng)“梅花”水情過(guò)程，定量分析高水位成因及影響因子貢獻(xiàn)率。同時(shí)，模擬在建蘇州河西閘、黃浦江河口規(guī)劃建閘等規(guī)劃工況[1]下的蘇州河水位，分析其削峰效益。

2 蘇州河水位抬升現(xiàn)狀

對(duì)蘇州河中上游4 個(gè)代表站（圖1）歷年水情的最高水位進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（表1），蘇州河水位屢創(chuàng)新高，2019—2021年連續(xù)3 年突破歷史紀(jì)錄，2022 年臺(tái)風(fēng)“梅花”期間，蘇州河中游代表站北新涇站接近歷史極值。

表1 歷年蘇州河中上游代表站最高水位 m

圖1 蘇州河代表站位置示意圖

為分析蘇州河水位抬升趨勢(shì)[2]，選取蘇州河上游代表站趙屯站1967—2020 年的實(shí)測(cè)年最高水位資料，進(jìn)行M-K（Mann-Kendall）檢驗(yàn)和Spearman 秩次相關(guān)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 趙屯站M-K檢驗(yàn)與Spearman檢驗(yàn)結(jié)果

以顯著性水平0.05 的臨界值為判別標(biāo)準(zhǔn)，2 種檢驗(yàn)方法結(jié)果均表明，趙屯站超過(guò)臨界值具有一定的上升趨勢(shì)。從圖2 可知，1965—2020 年，趙屯站無(wú)論年最高水位還是年平均水位都有上升趨勢(shì)。

圖2 趙屯站歷年年最高水位及年平均水位過(guò)程線

3 臺(tái)風(fēng)“梅花”期間蘇州河高水位成因定量分析

3.1 臺(tái)風(fēng)“梅花”期間蘇州河洪澇運(yùn)動(dòng)分析

2022 年9 月12—13 日，受臺(tái)風(fēng)“梅花”影響，上海市累計(jì)降雨量約40 mm，14 日12 時(shí)起，上海市普降暴雨到大暴雨，蘇州河兩岸降雨量約110 mm，兩岸澇水歸槽匯集，蘇州河水位迅速升高。北新涇站15 日4:30 最高水位4.21 m，超警戒水位（3.70 m）0.51 m；趙屯站15 日6:45 最高水位3.68 m，超警戒水位（3.50 m）0.18 m。

為分析洪水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)蘇州河超警戒高水位進(jìn)行分析，擬采用水文模型耦合水動(dòng)力模型、水利工程調(diào)度模型，模擬反演臺(tái)風(fēng)“梅花”水情過(guò)程，本次模擬時(shí)間為臺(tái)風(fēng)明顯影響期間（2022年9月14日12：00至15日10：00），上邊界采用昆山、陳墓、嘉興、平望4個(gè)水位站實(shí)測(cè)過(guò)程，下邊界采用長(zhǎng)江口、杭州灣實(shí)測(cè)潮位過(guò)程，降雨量采用遙測(cè)雨量站實(shí)測(cè)過(guò)程，水利工程調(diào)度模擬實(shí)際調(diào)度工況。經(jīng)計(jì)算，北新涇站計(jì)算最高水位誤差0.04 m，最高水位出現(xiàn)時(shí)間誤差0 h，水位過(guò)程確定性系數(shù)為0.91，模擬精度良好。根據(jù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)，臺(tái)風(fēng)明顯影響期間，兩岸共向蘇州河排水量1 016萬(wàn)m3（含中心城泵排水），蘇州河口閘外排水量472.5萬(wàn)m3，蘇州河上溯水量266.7 萬(wàn)m3，蘇州河槽蓄水量增加276.4 萬(wàn)m3（槽蓄水量最大增加446萬(wàn)m3），北新涇站水位上升1.76 m。

暴雨引起蘇州河澇水歸槽，恰逢蘇州河河口外黃浦江高潮疊加風(fēng)暴增水最大達(dá)1.66 m，蘇州河河口外黃浦公園站15日2:50最高潮位達(dá)5.44 m，蘇州河河口水閘乘潮排水受限。因此，暴雨澇水歸槽和蘇州河口黃浦江潮位頂托是引起蘇州河高水位的最主要因素。

3.2 蘇州河高水位影響因子分析

為定量分析高水位影響因素，采用實(shí)測(cè)降雨、水位和實(shí)際水利工程調(diào)度資料，利用模型模擬風(fēng)暴潮增水、暴雨增水、上游來(lái)水等各影響因子對(duì)北新涇站高水位的貢獻(xiàn)程度。模擬方案：①不考慮風(fēng)暴潮增水因素，只考慮降雨和上游來(lái)水；②不考慮降雨因素，只考慮風(fēng)暴潮增水和上游來(lái)水；③上游來(lái)水為基流水位，不考慮上游來(lái)水，只考慮實(shí)測(cè)風(fēng)暴潮增水和暴雨增水。

對(duì)比實(shí)測(cè)模擬方案，由表3可知，對(duì)于北新涇站最高水位漲幅貢獻(xiàn)，本次臺(tái)風(fēng)各影響因素中上游來(lái)水貢獻(xiàn)忽略不計(jì)，暴雨增水影響最大，風(fēng)暴潮增水影響其次，暴雨增水、風(fēng)暴潮增水2種影響因子的貢獻(xiàn)比例約為8∶2。

表3 北新涇站最高水位各影響因子貢獻(xiàn)對(duì)比

4 蘇州河高水位對(duì)策研究

4.1 蘇州河高水位趨勢(shì)性分析

近年來(lái)，蘇州河上海區(qū)域及流域上游下墊面變化及排澇能力不斷提升，暴雨期間大量外排澇水迅速匯入?yún)^(qū)域、流域骨干河道，外河河網(wǎng)水位迅速上漲，束水歸槽現(xiàn)象日漸凸顯，蘇州河高水位有一定趨勢(shì)性抬升。同時(shí)，為加強(qiáng)流域水資源利用程度，蘇州河上游地區(qū)加大引江力度，河網(wǎng)水位抬高，從蘇州河上游江蘇吳淞江流入上海境內(nèi)的來(lái)水增大，以及上海市蘇州河常態(tài)化活水暢流水資源調(diào)度，在增加可用水資源量的同時(shí)，也使蘇州河的底水抬升[3-4]。

目前，各地區(qū)圩區(qū)建設(shè)和區(qū)域排澇標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，遭遇洪澇時(shí)，束水歸槽是蘇州河高水位抬升的不利因素。但是，隨著吳淞江工程等防洪骨干工程的實(shí)施，流域南排工程的推進(jìn)，中小河道的整治，以及河湖水面率的保障等都將有利于蘇州河高水位趨勢(shì)性抬升的緩解。

4.2 蘇州河高水位的洪水運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)

為分析蘇州河高水位持續(xù)特征，采用實(shí)測(cè)水文資料，統(tǒng)計(jì)了2007—2020年蘇州河北新涇站連續(xù)超警戒時(shí)長(zhǎng)，見(jiàn)表4。2007—2020 年，北新涇站超警戒時(shí)長(zhǎng)超過(guò)2 h 以上20 次，其中最長(zhǎng)連續(xù)超警戒20 h，盡管連續(xù)超警戒時(shí)長(zhǎng)未超過(guò)24 h，但是蘇州河水位上漲迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北新涇站在2019 年“利奇馬”臺(tái)風(fēng)和2020 年梅雨期“7.5”暴雨期間，最大1 h 水位上漲分別達(dá)0.45 m 和0.56 m，最大3 h 水位上漲分別達(dá)1.11 m和0.98 m。

表4 2007—2020年北新涇站連續(xù)超警戒時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上海洪潮災(zāi)害調(diào)查及相關(guān)研究結(jié)果表明[5]，造成區(qū)域洪澇災(zāi)害的暴雨過(guò)程主要為歷時(shí)24 h 且80%的測(cè)站出現(xiàn)較大雨量的全市范圍的大暴雨。本次分析選用最大24 h 面雨量進(jìn)行浦西區(qū)域的歷史面雨量統(tǒng)計(jì)，面雨量采用10 個(gè)雨量代表站的算術(shù)平均值，最大24 h 面雨量統(tǒng)計(jì)年份為2007—2020 年，統(tǒng)計(jì)分析超100 mm 的面雨量與累計(jì)超警戒時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系見(jiàn)表5。當(dāng)最大24 h 面雨量超100 mm 時(shí)，北新涇站最高水位全部超警戒，當(dāng)最大24 h 面雨量超148 mm 時(shí)，超警戒時(shí)長(zhǎng)超過(guò)了14 h?？梢?jiàn)，因強(qiáng)降雨積澇外排，蘇州河水位上漲，而蘇州河因河口閘乘低潮排水，超警戒時(shí)長(zhǎng)都未超24 h。其中，2020 年7 月7 日大暴雨，除受本地暴雨影響外，還受流域性大洪水影響，超警戒時(shí)長(zhǎng)達(dá)20 h。

表5 2007—2020年浦西區(qū)域最大24 h面雨量與北新涇站累計(jì)超警戒時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)

4.3 未來(lái)工況下2212號(hào)臺(tái)風(fēng)“梅花”期間蘇州河水情反演

4.3.1 蘇州河西閘及蘇州河深隧

根據(jù)上海市水務(wù)局《蘇州河防洪除澇工程規(guī)劃》，其規(guī)劃布局為“兩閘一泵一隧，靈活可控”。其中“一閘”即為新建蘇州河西閘，“一隧”為蘇州河深隧工程，2 項(xiàng)工程都已開(kāi)工建設(shè)。蘇州河西閘擬建于蘇州河上游段與蕰藻浜交匯處下游黃渡站附近，沿蘇州河設(shè)置蘇州河深隧。蘇州河下閘工程位于嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)，主要建設(shè)內(nèi)容包括新建總凈寬60 m 的可通航節(jié)制閘1 座，蘇州河深隧工程西起虹橋臨空地區(qū)，東至蘇州河福建北路，管道直徑10 m，全長(zhǎng)15.3 km，服務(wù)蘇州河中心城區(qū)段南北兩側(cè)的25 個(gè)排水系統(tǒng)，調(diào)蓄規(guī)模不小于74 萬(wàn)m3。模擬設(shè)置蘇州河西閘（凈寬60 m，閘檻-2 m）和蘇州河深隧工程（初期雨水調(diào)蓄74 萬(wàn)m3），現(xiàn)狀水利工程調(diào)度按實(shí)際調(diào)度記錄進(jìn)行模擬（前期預(yù)降，暴雨后能排則排），水文模型采用上海市水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)測(cè)雨量，水動(dòng)力模型上、下邊界均采用實(shí)測(cè)水位或潮位。蘇州河西閘模擬控制規(guī)則：9 月12 日8:00起，按照洪澇統(tǒng)籌、澇水先行調(diào)度原則進(jìn)行水位預(yù)降和排澇調(diào)度；蘇州河深隧模擬控制規(guī)則：9 月14 日下午，臺(tái)風(fēng)暴雨集中外排時(shí)開(kāi)始蓄水，主要收集初期雨水。未考慮蘇州河口規(guī)劃泵站建設(shè)。

采用模型計(jì)算對(duì)比蘇州河西閘和蘇州河深隧建設(shè)前后臺(tái)風(fēng)期間北新涇站的水位變化過(guò)程，見(jiàn)圖3。蘇州河西閘和蘇州河深隧建設(shè)后對(duì)水位峰值影響明顯，北新涇站最高水位削峰0.26 m。

圖3 蘇州河西閘和蘇州河深隧建設(shè)前后北新涇站的水位變化過(guò)程

4.3.2 黃浦江河口建閘工程

根據(jù)太湖流域防洪規(guī)劃，“開(kāi)展黃浦江河口建閘工程規(guī)劃前期工作，擇機(jī)建設(shè)”。為論證黃浦江河口建閘對(duì)于蘇州河的防洪排澇效益，在黃浦江河口模擬設(shè)置節(jié)制閘凈寬250 m、船閘凈寬400 m，閘檻-5 m 的黃浦江河口閘。黃浦江河口閘模擬控制規(guī)則：按照吳淞口輪船停航的實(shí)際情況，黃浦江河口節(jié)制閘、船閘擋一潮。根據(jù)2212 號(hào)臺(tái)風(fēng)“梅花”期間實(shí)測(cè)雨水情條件及實(shí)測(cè)風(fēng)暴潮潮位外邊界計(jì)算黃浦江河口閘建設(shè)前后北新涇站的水位變化過(guò)程，見(jiàn)圖4。北新涇站最高水位從4.25 m 降低至3.70 m，削峰達(dá)0.55 m。

圖4 黃浦江河口閘建設(shè)前后北新涇站的水位變化過(guò)程

5 結(jié) 論

近年來(lái)，蘇州河水位呈趨勢(shì)性抬升，水位屢創(chuàng)新高。2212 號(hào)臺(tái)風(fēng)“梅花”期間，蘇州河水位大幅超警戒，部分站點(diǎn)接近歷史極值。經(jīng)模型反演分析，暴雨澇水歸槽和蘇州河口黃浦江潮位頂托是高水位的主要成因。

未來(lái)，區(qū)域及流域上游排澇能力仍在不斷提升，盡管吳淞江工程等防洪骨干工程的實(shí)施，中小河道治理和河網(wǎng)水面率只增不減一定程度上提升了蓄滯能力，有效緩解蘇州河水位抬升的趨勢(shì)。但氣候變化不僅帶來(lái)了全球平均溫度的升高，還導(dǎo)致極端天氣氣候事件呈頻發(fā)、廣發(fā)、強(qiáng)發(fā)、并發(fā)的趨勢(shì)。

根據(jù)蘇州河洪澇特征，充分利用蘇州河受暴雨影響，漲水快退水也快的特點(diǎn)：①充分利用有限的蘇州河槽蓄容量，增加蘇州河靈活調(diào)度方式，保障中心城區(qū)防汛安全，蘇州河西閘工程和蘇州河深隧工程作為蘇州河防洪排澇工程的重要組成部分，其建設(shè)對(duì)實(shí)現(xiàn)蘇州河有效預(yù)降、發(fā)揮河口閘站功能、提高區(qū)域防洪排澇能力具有重要意義，同時(shí)研究增設(shè)蘇州河口閘泵站，完善蘇州河洪澇治理格局。②發(fā)揮黃浦江槽蓄容量大和漲落潮的潮汐特征，于黃浦江河口建閘，短暫擋一潮即可騰出較大的槽蓄庫(kù)容，足以容納暴雨產(chǎn)生的澇水，大幅降低蘇州河最高水位，顯著減輕蘇州河防洪和中心城區(qū)等兩岸區(qū)域的排澇壓力。